DE102011005055B4 - Method for creating a dual-energy X-ray image and corresponding X-ray system, computer program and electronically readable data carrier - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenbilddaten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (12) mit einem Röntgensystem (30),
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Erstellen von Niedrigenergie-Röntgenbilddaten des Volumenabschnitts,
Erstellen von Hochenergie-Röntgenbilddaten des Volumenabschnitts,
Subtrahieren der Niedrigenergie-Röntgenbilddaten von den Hochenergie-Röntgenbilddaten zur Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten ein Röntgenfilter eingesetzt wird, welches zumindest zu 90 Gewichtprozent aus Titan besteht,
dass dasselbe Röntgenfilter zum Erstellen der Hochenergie-Röntgenbilddaten und zum Erstellen der Niedrigenergie-Röntgenbilddaten eingesetzt wird, und
dass das Röntgenfilter eine Dicke von 0,5 mm bis 1,2 mm aufweist,Method for generating dual-energy X-ray image data of a predetermined volume section of an examination object (12) with an X-ray system (30),
the method comprising the steps of:
Creating low energy X-ray image data of the volume segment,
Creating high-energy X-ray image data of the volume segment,
Subtracting the low energy x-ray image data from the high energy x-ray image data to produce the dual energy x-ray image data,
characterized,
that in the generation of the dual-energy X-ray image data, an X-ray filter is used, which consists of at least 90 percent by weight of titanium,
that the same X-ray filter is used to create the high-energy X-ray image data and to generate the low-energy X-ray image data, and
that the X-ray filter has a thickness of 0.5 mm to 1.2 mm,
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um Röntgenbilder unter Verwendung zweier unterschiedlicher Energiespektren (”dual energy”), so genannte Dual-Energie-Röntgenbilder, zu erstellen, sowie ein Röntgensystem, welches zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenbildern ausgestaltet ist.The present invention relates to a method for generating X-ray images using two different energy spectra ("dual energy"), so-called dual-energy X-ray images, and to an X-ray system which is designed to generate dual-energy X-ray images.
Die
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Um einen Tumor oder eine Läsion in einem Röntgenbild besser darstellen zu können, ist es bekannt ein Kontrastmittel (beispielsweise Jod) einem zu untersuchenden Patienten zu injizieren. Insbesondere bei bösartigen Tumoren erfolgt aufgrund der Neovaskularisierung eine Anreicherung des Kontrastmittels im Tumor. Zur Darstellung wird dabei nach dem Stand der Technik mit einer Dual-Energie-Bildgebung gearbeitet, wobei von demselben Volumenabschnitt ein Niedrigenergiebild (Röntgenspannung im Bereich von 20 bis 35 kVp) und ein Hochenergiebild (Röntgenspannung im Bereich von 40 bis 50 kVp) erstellt werden. Anschließend wird das Niedrigenergiebild, in welchem das Kontrastmittel nicht oder nahezu nicht zu erkennen ist, von dem Hochenergiebild, in welchem das Kontrastmittel besser zu erkennen ist, subtrahiert.In order to better represent a tumor or a lesion in an X-ray image, it is known to inject a contrast agent (for example, iodine) into a patient to be examined. Especially in malignant tumors due to the neovascularization an accumulation of the contrast agent in the tumor. In this case, the prior art uses a dual-energy imaging, whereby a low-energy image (x-ray voltage in the range from 20 to 35 kVp) and a high-energy image (x-ray voltage in the range from 40 to 50 kVp) are created by the same volume segment. Subsequently, the low-energy image, in which the contrast agent is not or almost undetectable, is subtracted from the high-energy image, in which the contrast agent can be better seen.
Die Dual-Energie-Bildgebung, welche auch als Zwei-Spektren-Methode bekannt ist, wird in der Mammographie eingesetzt, um eine verbesserte Diagnose für den Radiologen sowie eine Verbesserung der Sensitivität und Spezifität zu erzielen. Ein Röntgensystem zur Erstellung von Dual-Energie-Röntgenbildern muss dabei folgende Bedingungen insbesondere bei der Erstellung der Hochenergiebilder möglichst gut erfüllen:
- • Es soll eine optimale Quantenausbeute erzielt werden.
- • Die Hochenergiebilder sollen ein möglichst hohes Kontrast-zu-Rauschverhältnis aufweisen.
- • Die zur Erstellung der Hochenergiebilder eingesetzte Röntgendosis soll möglichst gering sein.
- • An optimal quantum yield should be achieved.
- • The high-energy images should have the highest possible contrast-to-noise ratio.
- • The X-ray dose used to create the high-energy images should be as small as possible.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die vorab aufgeführten Bedingungen bei der Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes besser als nach dem Stand der Technik zu erfüllen.The object of the present invention is to meet the conditions listed above in the preparation of a dual-energy X-ray image better than in the prior art.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes nach Anspruch 1, durch ein Röntgensystem nach Anspruch 6, durch ein Computerprogrammprodukt durch Anspruch 9 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.According to the invention this object is achieved by a method for generating a dual-energy X-ray image according to claim 1, by an X-ray system according to
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (z. B. eines Patienten) mit einem Röntgensystem bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:In the context of the present invention, a method is provided for producing a dual-energy X-ray image of a predetermined volume section of an examination object (for example of a patient) with an X-ray system. The method according to the invention comprises the following steps:
• Erstellen von Niedrigenergie-Röntgenbilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts.• Create low energy X-ray image data of the predetermined volume section.
• Erstellen von Hochenergie-Röntgenbilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts.• Create high-energy X-ray image data of the predetermined volume section.
• Subtrahieren der Niedrigenergie-Röntgenbilddaten von den Hochenergie-Röntgenbilddaten, wobei die sich ergebenden Differenzbilddaten zur Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten eingesetzt werden bzw. den Dual-Energie-Röntgenbilddaten entsprechen.Subtracting the low-energy X-ray image data from the high-energy X-ray image data, the resulting difference image data being used for generating the dual-energy X-ray image data or corresponding to the dual-energy X-ray image data.
Bei der Erstellung der Dual-Energie-Röntgenbilddaten wird ein Röntgenfilter eingesetzt, welches im Wesentlichen aus Titan (Ti) besteht.When creating the dual-energy X-ray image data, an X-ray filter is used, which consists essentially of titanium (Ti).
Mit einem Röntgenfilter wird die von der Röntgenquelle des Röntgensystems erzeugte Röntgenstrahlung gefiltert, bevor sie auf den vorbestimmten Volumenabschnitt auftrifft. Das Röntgenfilter hat dabei die Aufgabe, die Strahlenqualität der Röntgenstrahlung zu optimieren, um dadurch die Bildqualität pro absorbierter Röntgendosis zu maximieren. Für jede Aufgabe (z. B. die Entdeckung von Mikrokalk oder für die Entdeckung von Tumoren in einem gegebenen Objekt gegebener Dicke) existiert in der Regel eine optimale (d. h. meist monoenergetische) Strahlung. Durch das eingesetzte Röntgenfilter versucht man die Strahlenqualität der auf den vorbestimmten Volumenabschnitt auftreffenden Röntgenstrahlung derart zu verändern, dass diese Röntgenstrahlung möglichst der optimalen Strahlung entspricht. With an X-ray filter, the X-radiation generated by the X-ray source of the X-ray system is filtered before it impinges on the predetermined volume portion. The purpose of the X-ray filter is to optimize the radiation quality of the X-ray radiation, thereby maximizing the image quality per absorbed X-ray dose. For each task (eg, the discovery of microcalcium or for the detection of tumors in a given object of given thickness), there is usually optimal (ie mostly monoenergetic) radiation. The X-ray filter used attempts to change the beam quality of the X-radiation incident on the predetermined volume section in such a way that this X-ray radiation corresponds as far as possible to the optimum radiation.
Unter einem Röntgenfilter, welches im Wesentlichen aus Titan besteht, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Röntgenfilter verstanden, welches zumindest zu 90%, besser zu 95%, noch besser zu 99% und am besten zu 100% (jeweils Gewichtprozent) aus Titan besteht. Dabei kann das erfindungsgemäße Röntgenfilter möglichst ausschließlich (bis auf die bei der Herstellung unvermeintlichen Verunreinigungen) aus Titan hergestellt sein oder es kann aus einer Titanlegierung hergestellt sein, welche im Wesentlichen Titan umfasst.In the context of the present invention, an X-ray filter which consists essentially of titanium is an X-ray filter which consists of at least 90%, better 95%, even better 99% and most preferably 100% (in each case weight percent) of titanium , In this case, the X-ray filter according to the invention may be made of titanium as exclusively as possible (except for the impurities that are unpreferable during production) or it may be made of a titanium alloy which essentially comprises titanium.
Unter Röntgenbilddaten werden erfindungsgemäß zum einen zweidimensionale Röntgenbilder und zum anderen auch dreidimensionale Röntgenbilder (dreidimensionale Röntgenbilddaten oder eine dreidimensionale Röntgenbildinformation) verstanden. Eine Schicht in den dreidimensionalen Röntgenbilddaten entspricht beispielsweise einem zweidimensionalen Röntgenbild. Dies gilt für die Dual-Energie-Röntgenbilddaten, für die Niedrigenergie-Röntgenbilddaten und für die Hochenergie-Röntgenbilddaten.According to the invention, X-ray image data are two-dimensional X-ray images on the one hand and three-dimensional X-ray images (three-dimensional X-ray image data or three-dimensional X-ray image information), on the other hand. For example, a layer in the three-dimensional X-ray image data corresponds to a two-dimensional X-ray image. This applies to the dual-energy X-ray image data, the low-energy X-ray image data and the high-energy X-ray image data.
Das Subtrahieren der Niedrigenergie-Bilddaten von den Hochenergie-Bilddaten umfasst in aller Regel auch ein Registrieren der Niedrigenergie-Bilddaten mit den Hochenergie-Bilddaten, so dass bei der eigentlichen Subtraktion korrespondierende Bilddatenelemente (z. B. Pixel) subtrahiert werden. Darüber hinaus kann die Subtraktion auch eine Gewichtung umfassen, so dass die entsprechenden Niedrigenergie-Bilddaten und/oder Hochenergie-Bilddaten vor der eigentlichen Subtraktion mit einem entsprechenden Koeffizienten multipliziert werden. Im Spezialfall kann dieser Koeffizient auch negativ sein, so dass es sich bei der Subtraktion in diesem Fall eigentlich um eine Addition handeln würde.Subtracting the low energy image data from the high energy image data typically also includes registering the low energy image data with the high energy image data so that corresponding image data elements (eg, pixels) are subtracted during the actual subtraction. In addition, the subtraction may also include a weighting so that the corresponding low energy image data and / or high energy image data is multiplied by a corresponding coefficient before the actual subtraction. In the special case, this coefficient can also be negative, so that the subtraction in this case would actually be an addition.
Dass ein im Wesentlichen aus Titan bestehendes Röntgenfilter zur Erstellung des Dual-Energie-Röntgenbildes eingesetzt wird, bedeutet, dass dieses Röntgenfilter
- – entweder zur Erstellung des Hochenergie-Röntgenbildes
- – oder zur Erstellung des Niedrigenergie-Röntgenbildes
- – oder erfindungsgemäß sowohl zur Erstellung des Hochenergie-Röntgenbildes
- - either to create the high energy X-ray image
- - or to create the low-energy X-ray image
- - or according to the invention both for the preparation of high-energy X-ray image
Für das im Wesentlichen aus Titan bestehende Röntgenfilter, das zur zur Erstellung des Hochenergie-Röntgenbildes eingesetzt wird, liegt die Dicke dieses Röntgenfilters vorzugsweise zwischen 1 mm und 1,5 mm. Bei einem Einsatz einer Energie von bis zu 49 kVp wird eine Dicke des Röntgenfilters von 1,3 mm vorgeschlagen. Bei dem Einsatz von einem Jod haltigen Kontrastmittel liegt die Röhrenspannung vorteilhafterweise zwischen 45 und 50 kV.For the substantially titanium existing X-ray filter, which is used to create the high-energy X-ray image, the thickness of this X-ray filter is preferably between 1 mm and 1.5 mm. When using an energy of up to 49 kV p , a thickness of the X-ray filter of 1.3 mm is proposed. When using an iodine-containing contrast agent, the tube voltage is advantageously between 45 and 50 kV.
Zur Erstellung des Niedrigenergie-Röntgenbildes kann auch ein im Wesentlichen aus Titan bestehendes Röntgenfilter eingesetzt werden. Wird zur Erstellung des Niedrigenergie-Röntgenbildes eine Röntgenspannung in einem Bereich zwischen 23 kVp und 35 kVp eingesetzt, sollte das Röntgenfilter eine Dicke zwischen 0,1 mm und 1 mm aufweisen.To create the low-energy X-ray image, an X-ray filter consisting essentially of titanium can also be used. If an X-ray voltage in a range between 23 kVp and 35 kVp is used to generate the low-energy X-ray image, the X-ray filter should have a thickness between 0.1 mm and 1 mm.
Dasselbe im Wesentlichen aus Titan bestehende Röntgenfilter wird sowohl zur Erstellung des Hochenergiebildes als auch zur Erstellung des Niedrigenergiebildes eingesetzt, wobei das Röntgenfilter eine Dicke von 0,5 bis 1,2 mm und besser näherungsweise 1 mm aufweist.The same substantially titanium-made X-ray filter is used both to create the high energy image and to create the low energy image, with the X-ray filter having a thickness of 0.5 to 1.2 mm and more preferably approximately 1 mm.
Der Einsatz desselben Röntgenfilters, welches sowohl bei der Erstellung von Hochenergiebildern als auch bei der Erstellung von Niedrigenergiebildern eingesetzt wird, weist den entscheidenden Vorteil auf, dass ein Filterwechsel, welcher auch bei neueren Röntgensystemen zumindest 2 s dauert, entfällt. Abhängig von der Anzahl der benötigten Filterwechsel für eine Aufnahmesequenz, ergibt sich daraus ein im Minutenbereich liegender Vorteil hinsichtlich einer Zeitdauer, welche zur Erstellung einer Sequenz aus mehreren Dual-Energie-Röntgenbildern erforderlich ist.The use of the same X-ray filter, which is used both in the creation of high-energy images and in the production of low-energy images, has the decisive advantage that a filter change, which takes at least 2 s even with newer X-ray systems, is eliminated. Depending on the number of filter changes required for a recording sequence, this results in an advantage lying in the minute range with respect to a time duration which is required for the generation of a sequence of several dual-energy X-ray images.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden im Rahmen eines Tomosynthese-Scans erfindungsgemäß mehrere Dual-Energie-Röntgenbilder des vorbestimmten Volumenabschnitts (beispielsweise einer weiblichen Brust) erstellt. Dabei werden bei dem Tomosynthese-Scan für jede Tomosynthese-Winkeleinstellung jeweils ein Hochenergie-Röntgenbild und ein Niedrigenergie-Röntgenbild erstellt. Das für die jeweilige Tomosynthese-Winkeleinstellung erstellte Niedrigenergie-Röntgenbild wird anschließend von dem für diese Tomosynthese-Winkeleinstellung erstellten Hochenergie-Röntgenbild subtrahiert, um das für diese Tomosynthese-Winkeleinstellung zu erstellende Dual-Energie-Röntgenbild zu erzeugen.According to a preferred embodiment of the invention, in the context of a tomosynthesis scan, a plurality of dual energy X-ray images of the predetermined one are provided according to the invention Volume section (for example, a female breast) created. In each case a high-energy X-ray image and a low-energy X-ray image are created in the tomosynthesis scan for each tomosynthesis angle setting. The low energy x-ray image created for the particular tomosynthesis angle adjustment is then subtracted from the high energy x-ray image created for this tomosynthesis angle adjustment to produce the dual energy x-ray image to be created for this tomosynthesis angle adjustment.
Unter der (digitalen) Tomosynthese wird insbesondere eine Kombination aus einer digitalen Bilderfassung und Bildbearbeitung bei einer geringen Bewegung der Röntgenröhre oder Röntgenquelle verstanden. Die Tomosynthese besitzt gewisse Ähnlichkeiten mit der Computertomographie (CT), wird allerdings als separate Technik angesehen. Während bei der Computertomographie Bilder während einer vollständigen 360° Drehung der Röntgenquelle um das Untersuchungsobjekt herum erstellt werden, schwenkt die Röntgenquelle bei der Tomosynthese nur um einen kleinen Winkel von beispielsweise 40° (typischerweise zwischen 10° und 60°), wobei nur eine geringe Anzahl von Aufnahmen (typischerweise zwischen 7 und 60) erstellt werden. Durch den Einsatz von hoch auflösenden Detektoren kann eine sehr hohe Auflösung in Ebenen senkrecht zur so genannten Z-Achse (Achse in Richtung des Tomosynthesewinkels 0° bzw. lotrechten Richtung bzw. Ausrichtung CC ((”Cranial Caudal” (vom Kopf zum Fuß)) erzielt werden, auch wenn die Auflösung in Richtung der Z-Achse geringer ist. Das Haupteinsatzgebiet der Tomosynthese ist die Bildgebung der weiblichen Brust als Ergänzung oder als Ersatz der Mammographie. Im Vergleich zur Mammographie arbeitet die Tomosynthese mit einer geringeren Strahlenenergie pro Projektion. Beispielsweise entspricht bei gleicher Energie der einzelnen Röntgenphotonen die Gesamtdosis (”Average Glandular Dose”) (d. h. die Summe der in der Brust absorbierten Strahlenergien pro Masse, welche zur Erstellung aller Projektionen einer Tomosynthese benötigt werden) der Tomosynthese dem ein- bis zweifachen der Dosis zur Erstellung eines zweidimensionalen Bildes.By (digital) tomosynthesis is meant in particular a combination of a digital image capture and image processing with a small movement of the X-ray tube or X-ray source. Tomosynthesis has some similarities to computed tomography (CT), but is considered a separate technique. While computed tomography creates images during a full 360 ° rotation of the x-ray source around the subject, the x-ray source in tomosynthesis pivots only a small angle of, for example, 40 ° (typically between 10 ° and 60 °) with only a small number from shots (typically between 7 and 60). The use of high-resolution detectors enables very high resolution in planes perpendicular to the so-called Z axis (axis in the direction of the tomosynthesis angle 0 ° or vertical direction or orientation CC (("cranial caudal" (from head to foot)). Although the resolution in the direction of the Z-axis is lower, the main field of application of tomosynthesis is the imaging of the female breast as a complement or replacement of mammography, as compared to mammography, tomosynthesis operates with lower beam energy per projection with the same energy of the individual X-ray photons the total dose ("Average Glandular Dose") (ie the sum of absorbed in the chest radiation energies per mass, which are needed to produce all projections of a tomosynthesis) of the tomosynthesis of one to two times the dose to create a two-dimensional image.
Bei der Erstellung der mehreren Dual-Energie-Röntgenbilder für den Tomosynthese-Scan gibt es insbesondere zwei Möglichkeiten:
- 1. Es werden alle Hochenergiebilder erzeugt, bevor oder besser nachdem alle Niedrigenergiebilder erzeugt worden sind.
- 2. Es werden abwechselnd je ein Hochenergiebild, ein Niedrigenergiebild, ein Hochenergiebild usw. erzeugt. Dabei existieren zwei Varianten dieser Möglichkeit. Bei der ersten Variante werden für jede Winkeleinstellung das entsprechende Hochenergie-Röntgenbild und das entsprechende Niedrigenergie-Röntgenbild erstellt, bevor die nächste Tomosynthese-Winkeleinstellung eingestellt wird. Bei der zweiten Variante erfolgt die Bewegung der Röntgenquelle kontinuierlich, so dass die Tomosynthese-Winkeleinstellung eines Hochenergiebildes nicht ganz der Tomosynthese-Winkeleinstellung des korrespondierenden Niedrigenergiebildes entspricht.
- 1. All high energy images are generated before or better after all low energy images have been generated.
- 2. A high energy image, a low energy image, a high energy image, etc. are alternately generated. There are two variants of this possibility. In the first variant, the corresponding high-energy X-ray image and the corresponding low-energy X-ray image are created for each angle setting before the next tomosynthesis angle setting is set. In the second variant, the movement of the X-ray source is continuous, so that the tomosynthesis angle setting of a high energy image does not quite correspond to the tomosynthesis angle setting of the corresponding low energy image.
Während bei der ersten Möglichkeit das Röntgenfilter nur einmal gewechselt werden muss, muss das Röntgenfilter bei der zweiten Möglichkeit quasi der Anzahl der zu erstellenden Röntgenbilder oft gewechselt werden, so dass bei dem erfindungsgemäßen Einsatz desselben Röntgenfilters sowohl bei der Erstellung der Hochenergiebilder als auch bei der Erstellung der Niedrigenergiebilder deutlich vorteilhaft ins Gewicht fällt.While in the first possibility, the X-ray filter only has to be changed once, the X-ray filter in the second possibility quasi the number of X-ray images to be created often changed, so that in the inventive use of the same X-ray filter both in the creation of high-energy images as well as in the creation the low-energy images significantly beneficial.
Da der zeitliche Abstand zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu welchem für eine Tomosynthese-Winkeleinstellung das entsprechende Niedrigenergiebild erstellt wurde, und einem zweiten Zeitpunkt, zu welchem für dieselbe Tomosynthese-Winkeleinstellung das entsprechende Hochenergiebild erstellt wurde, bei der zweiten Möglichkeit wesentlich kürzer als bei der ersten Möglichkeit ist, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich der Volumenabschnitt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt nachteiligerweise bewegt hat, bei der zweiten Möglichkeit wesentlich kleiner als bei der ersten Möglichkeit, so dass die Registrierung des entsprechenden Niedrigenergiebilds mit dem entsprechenden Hochenergiebild bei der zweiten Möglichkeit in der Regel wesentlich einfacher zu bewerkstelligen ist, als dies bei der ersten Möglichkeit der Fall ist. Anders ausgedrückt ist die Qualität der Dual-Energie-Bildgebung bei der zweiten Möglichkeit in der Regel höher als bei der ersten Möglichkeit, so dass erfindungsgemäß durch den eingesparten Filterwechsel die nach dem Stand der Technik bevorzugte (zweite) Möglichkeit hinsichtlich ihrer Durchführungszeit verbessert wird.Since the time interval between a first time at which the corresponding low-energy image was created for a tomosynthesis angle setting and a second time at which the same high-energy image was created for the same tomosynthesis angle setting is considerably shorter in the second possibility than in the first Possibility is, the probability that the volume portion has moved disadvantageously between the first time and the second time point, in the second possibility substantially smaller than in the first possibility, so that the registration of the corresponding low-energy image with the corresponding high-energy image in the second possibility usually much easier to accomplish than is the case with the first possibility. In other words, the quality of the dual-energy imaging in the second option is generally higher than in the first option, so that according to the invention by the filter change saved the prior art preferred (second) possibility with respect to their implementation time is improved.
Zur Erstellung der zweidimensionalen Dual-Energie-Röntgenbilder ausgehend von den Niedrigenergiebildern und Hochenergiebildern gibt es mehrere Möglichkeiten. Zum einen können ein Niedrigenergiebild und ein korrespondierendes Hochenergiebild (registriert und) subtrahiert werden. Es ist aber auch möglich, ausgehend von den Niedrigenergiebildern dreidimensionale Niedrigenergiebilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu erstellen und auf die gleiche Weise von den Hochenergiebildern dreidimensionale Hochenergiebilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu erstellen. Anschließend (registriert und) subtrahiert man dann die dreidimensionalen Niedrigenergiebilddaten von den dreidimensionalen Hochenergiebilddaten, um dreidimensionale Dual-Energie-Bilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu erhalten. Eine Schicht dieser dreidimensionalen Dual-Energie-Bilddaten entspricht dann einem zweidimensionalen Dual-Energie-Röntgenbild.There are several possibilities for creating the two-dimensional dual-energy x-ray images starting from the low-energy images and high-energy images. On the one hand, a low energy image and a corresponding high energy image (registered and) can be subtracted. However, it is also possible to create three-dimensional low-energy image data of the predetermined volume section on the basis of the low-energy images and, in the same way, to create three-dimensional high energy image data of the predetermined volume section from the high energy images. Then, the three-dimensional low energy image data is then (registered and) subtracted from the three-dimensional high energy image data to obtain three-dimensional dual energy image data of the predetermined volume portion. A layer of this Three-dimensional dual-energy image data then corresponds to a two-dimensional dual-energy X-ray image.
Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass die Erstellung eines Niedrigenergiebildes und eines Hochenergiebildes für dieselbe Tomosynthese-Winkeleinstellung auch gleichzeitig erfolgen kann. Dazu wird ein Energie diskriminierender Röntgendetektor eingesetzt, welcher zwischen Niedrigenergiequanten und Hochenergiequanten unterscheiden kann. Mit anderen Worten können mit einem solchen Röntgendetektor mit einer Erzeugung von Röntgenstrahlen (mit einem Schuss) gleichzeitig sowohl das Niedrigenergiebild und als auch das Hochenergiebild erstellt werden, wobei als Röntgenspannung meist diejenige Röntgenspannung gewählt wird, welche zur Erstellung des Hochenergiebildes erforderlich ist.In addition, it should be noted that the creation of a low energy image and a high energy image for the same tomosynthesis angle adjustment can also be done simultaneously. For this purpose, an energy-discriminating X-ray detector is used which can distinguish between low-energy quanta and high-energy quanta. In other words, with such an X-ray detector with a generation of X-rays (with a shot) both the low-energy image and the high-energy image can be created at the same time, wherein the X-ray voltage which is required to produce the high-energy image is usually selected as the X-ray voltage.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Röntgensystem mit einem Detektor, einem Röntgenfilter und einer Röntgenquelle, um auf den Detektor gerichtete Röntgenstrahlen zu imitieren, bereitgestellt. Dabei ist zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor neben dem Röntgenfilter ein Untersuchungsobjekt derart positionierbar, dass die Röntgenstrahlen zuerst das Röntgenfilter und anschließend einen vorbestimmten Volumenabschnitt des Untersuchungsobjekts durchlaufen, bevor sie auf den Detektor auftreffen. Das Röntgensystem umfasst eine Steuerung zur Ansteuerung der Röntgenquelle und des Detektors und eine Bildrecheneinheit, um von dem Detektor erfasste Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu empfangen und Dual-Energie-Röntgenbilddaten zu erstellen. Das Röntgensystem erzeugt Niedrigenergiebilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts und Hochenergiebilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts, wobei eine Strahlenenergie zur Erstellung der Hochenergiebilddaten wesentlich höher als die Strahlenenergie zur Erstellung der Niedrigenergiebilddaten ist. Die Steuerung subtrahiert mit Hilfe der Bildrecheneinheit die Niedrigenergiebilddaten von den Hochenergiebilddaten, um die Dual-Energie-Röntgenbilddaten zu erzeugen. Das Röntgenfilter des Röntgensystems besteht dabei im Wesentlichen aus Titan.The present invention also provides an X-ray system comprising a detector, an X-ray filter and an X-ray source for imitating X-rays directed to the detector. In this case, an examination object can be positioned between the X-ray source and the detector in addition to the X-ray filter such that the X-rays first pass through the X-ray filter and then a predetermined volume section of the examination subject before they strike the detector. The X-ray system includes a controller for driving the X-ray source and the detector, and an image calculating unit for receiving data of the predetermined volume portion detected by the detector and for generating dual-energy X-ray image data. The X-ray system generates low energy image data of the predetermined volume segment and high energy image data of the predetermined volume segment, wherein a beam energy for generating the high energy image data is substantially higher than the beam energy for generating the low energy image data. The controller uses the image calculation unit to subtract the low energy image data from the high energy image data to generate the dual energy x-ray image data. The X-ray filter of the X-ray system consists essentially of titanium.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Röntgensystems entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.The advantages of the X-ray system according to the invention essentially correspond to the advantages of the method according to the invention, which are carried out in advance in detail, so that a repetition is dispensed with here.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Röntgensystem zur Durchführung einer Tomosynthese ausgestaltet, so dass man das Röntgensystem gemäß dieser Ausführungsform auch als Tomosynthesegerät bezeichnen kann.According to a preferred embodiment of the invention, the X-ray system is designed to carry out a tomosynthesis, so that the X-ray system according to this embodiment can also be referred to as a tomosynthesis apparatus.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit eines Röntgensystems laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung oder Steuereinrichtung des Röntgensystems läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch compiliert (übersetzt) und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.Furthermore, the present invention describes a computer program product, in particular a computer program or software, which can be loaded into a memory of a programmable controller or a computing unit of an X-ray system. With this computer program product, all or various previously described embodiments of the method according to the invention can be carried out when the computer program product is running in the control or control device of the X-ray system. The computer program product may require program resources, eg. As libraries and auxiliary functions to realize the corresponding embodiments of the method. In other words, with the claim directed to the computer program product, in particular a computer program or a software is to be protected, with which one of the above-described embodiments of the method according to the invention can be carried out or which executes this embodiment. The software may be a source code (eg C ++) which still compiles (translates) and bound or which only needs to be interpreted, or an executable software code which only has to be executed in the corresponding arithmetic unit load is.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband, eine Speicherkarte oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit eines Röntgensystems gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.Finally, the present invention discloses an electronically readable medium, for. As a DVD, a magnetic tape, a memory card or a USB stick on which electronically readable control information, in particular software (see above), is stored. When this control information (software) is read from the data carrier and stored in a control unit of an X-ray system, all the embodiments according to the invention of the method described above can be carried out.
Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf:
- • Durch den Einsatz des Titan-Röntgenfilters wird eine verbesserte Quantenausbeute der auf das Untersuchungsobjekt auftreffenden Röntgenstrahlung erzielt.
- • Die Lebensdauer der Röntgenröhre erhöht sich durch den Einsatz des Titan-Röntgenfilters.
- • Die Leistungsanforderungen an eine Röntgenröhre, welche bei einer Tomosynthese zur Erstellung einer Dual-Energie-Bildgebung auftreten, können durch den Einsatz eines Titan-Röntgenfilters besser abgedeckt werden.
- • Die Patienten-Organdosis (d. h. die Röntgendosis, mit welcher das Organ des Patienten bestrahlt wird) reduziert sich durch den Einsatz des Titan-Röntgenfilters.
- • Durch den Einsatz des Titan-Röntgenfilters entfällt der Wechsel des Röntgenfilters bei der Dual-Energie-Bildgebung.
- • Dadurch kann die Dual-Energie-Bildgebung schneller durchgeführt werden.
- • Dadurch kann insgesamt der Arbeitsablauf zur Erstellung einer Dual-Energie-Bildgebung optimiert werden.
- • Durch den nicht vorhandenen Filterwechsel ist das Röntgensystem weniger komplex.
- • Der Kollimator des Röntgensystems ist aufgrund des nicht benötigten Filterwechsels weniger komplex aufgebaut.
- • Bei herkömmlichen Mammographieanwendungen reduziert sich die Strahlenbelastung des Patienten durch das Titan-Röntgenfilter.
- • Im Vergleich zu bekannten Anordnungen (beispielsweise mit Anodenmaterial aus Wolfram und einem Röntgenfilter aus Rhodium) wird beim Einsatz eines Titan-Röntgenfilters bei der herkömmlichen Mammographie dieselbe Bildqualität erzielt.
- • The use of the titanium X-ray filter achieves an improved quantum efficiency of the X-radiation incident on the examination subject.
- • The lifetime of the X-ray tube is increased by using the titanium X-ray filter.
- • The performance requirements of an X-ray tube, which occur in a tomosynthesis to create a dual-energy imaging, can be better covered by the use of a titanium X-ray filter.
- • The patient organ dose (ie the X-ray dose used to irradiate the patient's organ) is reduced by using the titanium X-ray filter.
- • The use of the titanium X-ray filter eliminates the need to change the X-ray filter in dual-energy imaging.
- • This makes dual-energy imaging faster.
- • As a result, the overall workflow for optimizing dual-energy imaging can be optimized.
- • The lack of filter replacement makes the X-ray system less complex.
- • The collimator of the X-ray system is less complex due to the unnecessary filter change.
- • Conventional mammography applications reduce the patient's radiation exposure through the titanium X-ray filter.
- Compared to known arrangements (for example with tungsten anode material and a rhodium-based X-ray filter), the same image quality is achieved when using a titanium X-ray filter in conventional mammography.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Ergänzung oder Erweiterung der kontrastmittelunterstützten Mammographie geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, da mit der vorliegenden Erfindung auch Dual-Energie-Röntgenbilder von anderen Körperbereichen eines lebendigen Lebewesens (auch ohne vorherige Kontrastmittelinjektion) dargestellt werden können. Zum anderen ist die vorliegende Erfindung auch zur Dual-Energie-Bildgebung von nicht lebendiger Materie, beispielsweise zur Untersuchung von Gepäckstücken am Flughafen geeignet.The present invention is particularly suitable for supplementing or expanding contrast-enhanced mammography. Of course, the present invention is not limited to this preferred field of application, since with the present invention, dual-energy X-ray images of other parts of the body of a living organism (even without prior contrast injection) can be represented. On the other hand, the present invention is also suitable for dual-energy imaging of non-living matter, for example for the examination of baggage at the airport.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.In the following, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments of the invention with reference to the figures.
In
In
Eine Steuerung des Röntgensystems
In der Röntgentechnik ist die Röntgenstrahlung im Wesentlichen Bremsstrahlung mit charakteristischen Linien des Anodenmaterials (d. h. des Materials der Anode der Röntgenröhre
Simulationen der vorliegenden Erfinder haben gezeigt, dass bei der Erstellung von Hochenergiebildern mit einer Röntgenspannung von näherungsweise 49 kVp mit einem aus Titan bestehenden Röntgenfilter ein höherer Qualitätsfaktor CNR2/D für eine vorgegebene Pixelfläche des Röntgendetektors erzielt werden kann als mit einem aus Kupfer bestehenden Röntgenfilter. Dabei entspricht CNR (”Contrast to Noise Ratio”) dem Kontrast-zu-Rauschverhältnis und D steht für die mittlere absorbierte Gewebedosis.Simulations of the present inventors have shown that when generating high energy images with an x-ray voltage of approximately 49 kVp with an x-ray filter made of titanium, a higher quality factor CNR 2 / D can be achieved for a given pixel area of the x-ray detector than with an x-ray filter made of copper. CNR (Contrast to Noise Ratio) is the contrast-to-noise ratio and D is the mean absorbed tissue dose.
Auch von den Erfindern durchgeführte Vergleichsaufnahmen mit identischen Aufnahmeparametern zeigen bei einem Einsatz eines 1 mm dicken aus Titan bestehenden Röntgenfilter im Vergleich zu einem 0,3 m dicken aus Kupfer bestehenden Röntgenfilter eine verbesserte Röntgenausbeute. Diese zweidimensionalen Vergleichsaufnahmen oder Hochenergiebilder wurden jeweils mit einer Röntgenspannung von 47 kVp für ein Phantom erzeugt. Die mit dem aus Titan bestehenden Röntgenfilter erstellten Hochenergiebilder zeigten im Vergleich zu den mit dem Kupfer-Röntgenfilter erstellten Hochenergiebildern höhere Pixel-Signalwerte und somit eine bessere Quantenausbeute.Also, comparative photographs taken by the inventors with identical recording parameters show an improved X-ray yield when using a 1 mm thick titanium-made X-ray filter in comparison to a 0.3 m thick copper X-ray filter. These two-dimensional comparison images or high energy images were each generated with an x-ray voltage of 47 kVp for a phantom. The high-energy images created with the X-ray filter made of titanium showed higher pixel signal values and thus a better quantum yield compared to the high-energy images produced with the copper X-ray filter.
Darüber hinaus führten die vorliegenden Erfinder auch Vergleiche bei der Erstellung von Niedrigenergiebildern durch. Dazu wurden Niedrigenergiebilder mit einer Röntgenspannung von 28 kVp und einer Ladung von 80 ms zum einen mit einem 50 μm dicken aus Rhodium bestehenden Röntgenfilter und zum anderen mit einem 1 mm dicken aus Titan bestehenden Röntgenfilter erstellt. Als Anodenmaterial wurde dabei jeweils Wolfram eingesetzt. Eine jeweilige Messung des Kontrast-zu-Rauschverhältnisses zeigte vergleichbare Ergebnisse.In addition, the present inventors also made comparisons in the production of low-energy images. For this purpose, low-energy images with an x-ray voltage of 28 kVp and a charge of 80 ms were created on the one hand with a 50 μm thick rhodium X-ray filter and on the other hand with a 1 mm thick titanium X-ray filter. In each case tungsten was used as the anode material. Each contrast-to-noise ratio measurement showed comparable results.
Zusammenfassend stellten die Erfinder somit fest, dass ein Röntgenfilter aus Titan einer Dicke von 0,5 bis 1,2 mm (am besten 1 mm) bei der Erstellung von Hochenergiebildern Vorteile gegenüber den nach dem Stand der Technik eingesetzten Röntgenfiltern aufweist, während dasselbe Röntgenfilter aus Titan bei der Erstellung von Niedrigenergiebildern keine Nachteile gegenüber den nach dem Stand der Technik eingesetzten Röntgenfiltern aufweist. Daher führt der Einsatz eines 1 mm dicken Röntgenfilters aus Titan bei der Erstellung von Dual-Energie-Bildern zum einen zu besseren Ergebnissen (da zumindest die Hochenergiebilder eine bessere Qualität aufweisen) und weist zum anderen den großen Vorteil auf, dass kein Filterwechsel zwischen der Erstellung eines Hochenergiebildes und der Erstellung eines Niedrigenergiebildes durchgeführt werden muss.In summary, the inventors thus found that a titanium X-ray filter of 0.5 to 1.2 mm thickness (preferably 1 mm) has advantages over prior art X-ray filters in the production of high energy images while the same X-ray filter is constructed Titanium in the production of low-energy images has no disadvantages compared to the X-ray filters used in the prior art. Therefore, the use of a 1 mm thick titanium X-ray filter in the creation of dual-energy images on the one hand to better results (since at least the high-energy images have a better quality) and has on the other hand, the great advantage that no filter change between the creation a high energy image and the creation of a low energy image must be performed.
In
In einem ersten Schritt S1 wird der Tomosynthesewinkel α eingestellt, welcher zumindest für die Aufnahme des nächsten Niedrigenergie-Röntgenbildes und zur Aufnahme des nächsten Hochenergie-Röntgenbildes konstant bleibt. Anschließend wird im Schritt S2 ein Niedrigenergie-Röntgenbild und im anschließenden Schritt S3 ein Hochenergie-Röntgenbild erzeugt. Zur Erstellung eines Dual-Energie-Röntgenbildes wird das Niedrigenergie-Röntgenbild von dem Hochenergie-Röntgenbild im Schritt S4 subtrahiert. Dieser Subtraktionsschritt S4 könnte auch außerhalb der Programmschleife S1 bis S5, beispielsweise nach der Erstellung aller Niedrigenergie-Röntgenbilder und Hochenergie-Röntgenbilder oder zeitlich parallel zu der Erstellung von folgenden Niedrigenergie-Röntgenbildern und Hochenergie-Röntgenbildern erfolgen.In a first step S1, the tomosynthesis angle α is set, which remains constant at least for the acquisition of the next low-energy X-ray image and for recording the next high-energy X-ray image. Subsequently, a low-energy X-ray image is generated in step S2 and in the subsequent step S3 a high-energy X-ray image is generated. To generate a dual-energy X-ray image, the low-energy X-ray image is subtracted from the high-energy X-ray image in step S4. This subtraction step S4 could also take place outside the program loop S1 to S5, for example after the generation of all low-energy X-ray images and high-energy X-ray images or temporally parallel to the production of the following low-energy X-ray images and high-energy X-ray images.
Im Schritt S5 wird überprüft, ob alle Projektionen (d. h. alle für den Tomosynthese-Scan benötigten Niedrigenergie- und Hochenergie-Röntgenbilder) erstellt worden sind. Ist dies nicht der Fall wird zum Schritt S1 verzweigt, in welchem das Röntgensystem
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| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
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